心電監(jiān)測(cè)技術(shù)在監(jiān)測(cè)與健康護(hù)理服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

程浩南

（1.江西服裝學(xué)院，江西 南昌330201；2.江西省現(xiàn)代服裝工程技術(shù)研究中心，江西 南昌330201）

心電監(jiān)測(cè)技術(shù)在監(jiān)測(cè)與健康護(hù)理服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

程浩南1,2

（1.江西服裝學(xué)院，江西 南昌330201；2.江西省現(xiàn)代服裝工程技術(shù)研究中心，江西 南昌330201）

首先對(duì)心電監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概括，然后詳細(xì)展示該監(jiān)測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外監(jiān)測(cè)與健康護(hù)理服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。通過(guò)總結(jié)得到：心電監(jiān)測(cè)技術(shù)與服裝設(shè)計(jì)相結(jié)合，通過(guò)對(duì)人體心電信號(hào)的有效監(jiān)測(cè)，較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)人體靜態(tài)生理參數(shù)的記錄，但在人體進(jìn)行活動(dòng)時(shí)，心電信號(hào)的監(jiān)測(cè)將受到較大的干擾，同時(shí)，該類(lèi)監(jiān)測(cè)與健康護(hù)理服裝中含有電子測(cè)試元件，其產(chǎn)生的電磁輻射和熱量需要在設(shè)計(jì)中進(jìn)行有效的防護(hù)。除此之外，將心電監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到服裝設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及交叉學(xué)科，相關(guān)的測(cè)試缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定和完善。

心電監(jiān)測(cè)技術(shù)；服裝設(shè)計(jì)；服用性能；測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

近年來(lái)，人口老齡化已經(jīng)成為了一個(gè)全球性現(xiàn)象，人類(lèi)的健康觀念、健康方式以及監(jiān)測(cè)健康狀況的途徑也在相應(yīng)發(fā)生著深刻的變化。特別是各種心血管疾病已經(jīng)成為導(dǎo)致老齡人死亡率最高的疾病，是威脅老年人健康的第一殺手[1]。由于定期常規(guī)體檢已經(jīng)無(wú)法有效地預(yù)防這類(lèi)疾病，人們更希望在不影響日常工作和生活的前提下隨時(shí)隨地了解自身的健康狀況。那么隨著心電監(jiān)測(cè)技術(shù)和紡織技術(shù)的發(fā)展，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)身體監(jiān)控自身健康的服裝受到了廣大老年人的青睞。

1 心電監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展

意大利的物理學(xué)家Calo Matteucci在1842年發(fā)現(xiàn)了心臟跳動(dòng)都會(huì)伴隨著電流的產(chǎn)生的現(xiàn)象，為心電監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供了可能[2]。1878年，英國(guó)的生物學(xué)家John Burden Sanderson和Frederick Page用毛細(xì)管靜電計(jì)記錄了心臟電流，開(kāi)始了心電信號(hào)記錄的探索。1887年，英國(guó)生物學(xué)家 Augustus D.Waller發(fā)表了第一篇人類(lèi)心臟生物電的報(bào)道。從那時(shí)起，世界各地很多領(lǐng)域的研究人員開(kāi)始了對(duì)心臟生物電的調(diào)查研究[3]。

1903年，Einthoven利用弦線電流計(jì)對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行了采集，得到了靈敏度高且有足夠高頻響的心電波形，因此開(kāi)創(chuàng)了心電信號(hào)記錄的新時(shí)代。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，弦線式心電圖儀逐步被電子管和晶體管放大式心電圖機(jī)所替代，但由于這兩類(lèi)測(cè)試儀器體積較大且笨重，故障率也偏高，使用效率較低，很快在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中被淘汰。20世紀(jì) 60年代初期，持續(xù)床邊心電監(jiān)測(cè)技術(shù)在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域得到很好的應(yīng)用，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)病人的心電狀況，使得心臟病人及危重病人可以得到醫(yī)院的密切觀察，同時(shí)，醫(yī)務(wù)人員可以根據(jù)病人的心電情況做出連續(xù)的分析和判斷，對(duì)病人進(jìn)行有效的治療。因此，心電監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)入了利用計(jì)算機(jī)完成心電圖波形測(cè)量及隨后分析處理的發(fā)展階段。20世紀(jì) 80年代初美國(guó)的Marquette公司首先推出數(shù)字化心電圖儀，臨床開(kāi)始應(yīng)用持續(xù)心電監(jiān)測(cè)技術(shù)，心電測(cè)試技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字化、自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化管理有機(jī)結(jié)合的新時(shí)代[4]。

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，集成了各種微型傳感器、電極、無(wú)線發(fā)射-接收模塊、控制處理單元，可以由患者在家庭環(huán)境中使用的穿戴式健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)WHMS（Wearable Health Monitoring Systems）已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)[5-7]。

2 心電監(jiān)測(cè)技術(shù)在監(jiān)測(cè)與健康護(hù)理服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 心電監(jiān)測(cè)技術(shù)在國(guó)外監(jiān)測(cè)與健康護(hù)理服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

目前，歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)心電監(jiān)測(cè)技術(shù)在紡織服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了大量嘗試研究，并取得了一些成果。

美國(guó)佐治亞理工學(xué)院設(shè)計(jì)的智慧衫 (Smart shirt)，如圖1所示[8]。其最關(guān)鍵的工序就是在布料的織造過(guò)程中，將金屬纖維和柔性光纖呈螺旋狀存在于布料當(dāng)中。然后將接收心電信號(hào)的傳感器與光纖有效進(jìn)行連接，最后，把檢測(cè)到的生理信號(hào)通過(guò)光纖發(fā)送給監(jiān)測(cè)設(shè)備，該智慧衫可以有效監(jiān)測(cè)到人體呼吸、體溫和心率等生理變化所帶來(lái)的心電信號(hào)變化。

圖1 智慧衫[8]

美國(guó) VivoMetrics公司通過(guò)不斷地進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，開(kāi)發(fā)出了全球首個(gè)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、無(wú)創(chuàng)以及可移動(dòng)地獲取生理參數(shù)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)——生命衫 (Life Shirt)[9]。該服裝主要是大量的應(yīng)用嵌入式傳感器，然后將服裝中傳感器與外部的記錄和分析裝置進(jìn)行連接，可以測(cè)量受測(cè)試者日?；顒?dòng)中的血壓、體溫等30多個(gè)心肺生理參數(shù)。

歐盟的 IST FP5項(xiàng)目 WEALTHY[10]和AMON[11]。前者主要目標(biāo)是將先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、織物技術(shù)與以纖維或紗線形式的智能傳感器結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生理參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)。該項(xiàng)目所研制的服裝，以其優(yōu)良的彈性面料將其中的傳導(dǎo)器件與身體貼合在一起。AMON是一款具有保健和預(yù)警功能的腕式遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)裝置。其最大特點(diǎn)是利用先進(jìn)技術(shù)將測(cè)試血壓、心電、血氧飽和度、皮溫的設(shè)備與通訊和處理裝置集成在一個(gè)腕式裝置中。其中實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體血氧飽和度和皮溫每小時(shí)測(cè)試30次的功能。

日本東麗公司與NTT公司合作開(kāi)發(fā)的一款監(jiān)控自身健康的T恤衫，如圖2所示[12]。該服裝關(guān)鍵是采用了名為 “hitoe”的功能復(fù)合材料，該材料充分利用了東麗公司在纖維設(shè)計(jì)中的強(qiáng)大科技實(shí)力，將導(dǎo)電聚合物注入到直徑僅為 700 nm的納米纖維之間，然后結(jié)合NTT公司的光纖傳導(dǎo)技術(shù)，織造的服裝不僅可以有效測(cè)試人體的心率、心電圖等生理指標(biāo)，還兼具了服裝設(shè)計(jì)要求中的柔軟舒適、緊貼感好和耐水洗等服用特點(diǎn)。

圖2 東麗公司生產(chǎn)監(jiān)控自身健康的 T恤衫[12]

2.2 心電監(jiān)測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)與健康護(hù)理服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)對(duì)于心電監(jiān)測(cè)技術(shù)在監(jiān)測(cè)與健康護(hù)理服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究較晚，但是經(jīng)過(guò)科研人員的不斷努力，也取得了一些研究成果。其中最具代表性是中國(guó)香港中文大學(xué)的 “衛(wèi)士”（WISSH）和保健衫 （h-Shirt）項(xiàng)目。

“衛(wèi)士 （WISSH)集成了穿戴式節(jié)點(diǎn)上的多個(gè)小型化生物醫(yī)學(xué)傳感器以及區(qū)域傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。保健衫 （h-Shirt）與其他功能類(lèi)似的電子織物服裝相比，其最大的優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了服裝的無(wú)袖帶式血壓測(cè)量功能，并成功利用了液體靜力學(xué)原理對(duì)無(wú)袖帶式血壓測(cè)量進(jìn)行了校準(zhǔn)[13]。

郭勁松等人[14]研制了一種傳感器背心。該傳感器背心以彈性透氣面料為背心主要組成部分，以導(dǎo)電紡織面料作為測(cè)量電極。為了增加電極與皮膚接觸的可靠性，該研究者在將導(dǎo)電紡織面料縫合在背心上時(shí)，內(nèi)部放置適當(dāng)大小的海綿。但是，該背心在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，特別是在測(cè)試者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)造成心電信號(hào)基線平穩(wěn)度較差，直接影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，在后續(xù)的研究當(dāng)中，需要采取相應(yīng)的改進(jìn)措施來(lái)解決該問(wèn)題。

丁鑫[15]開(kāi)發(fā)出了一種醫(yī)用級(jí)鍍銀導(dǎo)電織物，該織物由醫(yī)用級(jí)鍍銀尼龍以及彈性纖維織物組成，其比例分別為76%和 24%，作為睡眠診療系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。在服裝設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用該面料，利用相應(yīng)的心電信號(hào)接收裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試者的睡眠心電信號(hào)測(cè)量所涉及到的參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行分析，從而提供一種家用式、非接觸的面向睡眠的心電測(cè)量方式，為睡眠治療儀的調(diào)試提供所需的數(shù)據(jù)。

翟紅藝等人[16]研制了一種基于織物電極的可穿戴心電異常檢測(cè)系統(tǒng)。其中織物電極是由導(dǎo)電面料、海綿填充層和支撐墊三部分構(gòu)成，在穿戴衣中處于內(nèi)側(cè)，實(shí)現(xiàn)了與人體皮膚的直接接觸。由于導(dǎo)電布與皮膚充分接觸，可以較為準(zhǔn)確的感知心電信號(hào)的變化，同時(shí)，導(dǎo)電布較為柔軟，增加了穿戴衣的舒適性。但是，該檢測(cè)系統(tǒng)在測(cè)試過(guò)程中，心電信號(hào)的采集更容易受到基線漂移、工頻等噪聲的干擾，限制了該服裝的應(yīng)用。

郭維[17]利用鍍銀滌綸導(dǎo)電紡織材料研制出了一款新型穿戴心電測(cè)量電極，該電極通過(guò)改變電極與皮膚接觸的涂層材料及調(diào)整外形尺寸的方法，改善由于電極與皮膚接觸所帶來(lái)的阻抗變化引起的信號(hào)干擾，提高心電信號(hào)信噪比，極大地提高了心電信號(hào)測(cè)試的準(zhǔn)確性。除此之外，該電極的設(shè)計(jì)采用了自動(dòng)適應(yīng)放大器作為核心的心電信號(hào)調(diào)理電路，避免了信號(hào)飽和的出現(xiàn)。

2.3 心電監(jiān)測(cè)技術(shù)在監(jiān)測(cè)與健康護(hù)理服裝設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

心電監(jiān)控技術(shù)在監(jiān)測(cè)與健康護(hù)理服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要還處于試驗(yàn)和測(cè)試階段，也存在著一些問(wèn)題。

（1）大多數(shù)監(jiān)測(cè)與健康護(hù)理服裝就是將心電信號(hào)接收裝置與服裝 “機(jī)械”地結(jié)合起來(lái)，這樣由于心電信號(hào)接收裝置和電源等元件的存在，導(dǎo)致服裝款型效果較差，且價(jià)格偏高，不適應(yīng)大眾化消費(fèi)[18]。

（2）監(jiān)測(cè)與健康護(hù)理服裝的設(shè)計(jì)涉及紡織工程、電子工程和醫(yī)學(xué)等學(xué)科的交叉，該研究領(lǐng)域目前缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)的性能測(cè)試不能有效進(jìn)行，特別是安全性方面，需要相關(guān)部門(mén)制定相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范監(jiān)測(cè)與健康護(hù)理服裝的設(shè)計(jì)[19]。

（3）監(jiān)測(cè)與健康護(hù)理服裝的設(shè)計(jì)要重視服裝的服用性能[20]。隨著醫(yī)療服裝商業(yè)化的快速發(fā)展，普通家庭的健康監(jiān)護(hù)模式必定會(huì)成為醫(yī)療保健發(fā)展的主流趨勢(shì)。目前該類(lèi)服裝的耐水洗性、抗彎曲性能、拉伸性能、撕裂、耐磨、防水和吸濕透氣等也有待提高。

3 結(jié)論

現(xiàn)階段研究表明心電測(cè)試技術(shù)應(yīng)用到監(jiān)測(cè)與護(hù)理服裝設(shè)計(jì)當(dāng)中可以較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)人體靜態(tài)心電信號(hào)的記錄與分析，但當(dāng)人體處于活動(dòng)過(guò)程，心電信號(hào)的測(cè)試會(huì)受到干擾，測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性下降，同時(shí)，該類(lèi)服裝中的絕大部分含有電子測(cè)試元件，這些元件在服裝穿著過(guò)程中產(chǎn)生的電磁輻射和熱量需要進(jìn)行有效的防護(hù)。所以，將心電監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到服裝設(shè)計(jì)的過(guò)程中，使服裝兼具良好穿戴性、測(cè)試可靠性、耐久性、安全性和美觀性是發(fā)展趨勢(shì)。

除此之外，將心電監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到服裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，其設(shè)計(jì)人員因來(lái)自不同研究領(lǐng)域，相關(guān)的測(cè)試缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，這就需要研究人員通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)及臨床測(cè)試，對(duì)該類(lèi)服裝相關(guān)性能的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定和完善。

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APPLICATION OF ELECTROCARDIOGRAPH TECHNOLOGY IN MONITORING AND HEALTH CARE FASHION DESIGN

CHENG Hao-nan1,2
(1.Jiangxi Institute of Fashion Technology，Nanchang Jiangxi330201，China；2.Jiangxi ProvincialModern Research Center of Clothing Engineering Technology，Nanchang Jiangxi330201，China)

Introduced the development of electrocardiograph technology，demonstrated the application of electrocardiograph technology in health care monitoring and costume design at home and abroad.Summa-rized below，electrocardiograph technology and fashion design can be well combined with the detection of human ECG in static，butwhen in activity，ECGmonitoring will have noise interference.Meanwhile，this kind ofmonitoring and health care apparel contains electronic testing component，the generated electromagnetic radiation and heat also need to have effective protection in design.In addition，the application of electrocardiograph technology to garment design involves interdisciplinary，testing lack of uniform standards. Relevant system needs to develop and complete.

electrocardiograph technology，fashion design，wearability，testing standard

R443.8

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2017.01.005

1672-500X(2017)01-0022-05

2016-11-15

程浩南 （1986-），男，河南周口人，碩士，助教，研究方向?yàn)榧徔棽牧细男约皽y(cè)試技術(shù)的改進(jìn)。